Mobiles Testsystem für Ultraschallsensortechnologie im Fahrzeug für Vehicle-in-the-Loop-Anwendungen

Veröffentlicht: 08.05.2020

Thomas Michalsky, Senior Manager Engineering Services, dSPACE GmbH

Wie großartig wäre es, die Objekterfassung mit Ultraschall-Parksensoren direkt im Fahrzeug zu testen? Mit anderen Worten: eine umfassende Funktionsprüfung ohne Ausbau der Sensoren und ohne Veränderungen am Fahrzeug oder an den betroffenen automobilen Bussystemen und vor allem ohne jegliche Bewegung, weder durch das Fahrzeug selbst noch durch Gegenstände vor oder hinter dem Fahrzeug. Bei dSPACE können wir diese Art von Testsystem anbieten – das Mobile Ultrasonic Sensor Test System.

Dabei spielt es keine Rolle, wer das Parksystem hergestellt hat oder welches Bussystem verwendet wird, egal ob CAN, LIN, FlexRay, Automotive Ethernet oder ein proprietäres Protokoll. Entscheidend ist, dass überhaupt nicht in das Fahrzeug eingegriffen wird und dass die Sensoren so aufwendig stimuliert werden, dass genau einstellbare Objektabstände vorgegeben werden können, die der Ultraschallsensor als gültiges Objekt mit entsprechendem Abstand erkennt. All dies mit nicht einem beweglichen Teil.

Durch den Einsatz des dSPACE Testsystems sind eine Reihe von Testszenarien mit Ultraschallsensoren denkbar:

  • Systemintegrationstest
  • Funktionstest der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) im Fahrzeug
  • Bandendeprüfung
  • Homologierung (Vorverlagerung von ISO-17386-Tests)
  • Workshop-Tests:
    • Genaue und reproduzierbare Tests nach Austausch eines oder mehrerer Sensoren
    • Genaue und reproduzierbare Tests nach Austausch oder Lackierung der Stoßstange
    • Genaue und reproduzierbare Tests nach jeder Veränderung oder Manipulation der Fahrzeugkarosserie

Ziel

Es gibt verschiedene Situationen, in denen die Funktionalität eines Ultraschall-Abstandssensors überprüft werden muss. Dies kann zum Beispiel ein normaler Funktionstest im Rahmen einer Strecken- oder Fahrzeugrevision sein:

  • Zulassung eines Fahrzeugs, in das der Abstandssensor eingebaut ist,
  • Durchführen eines End-of-Line-Tests nach Fertigstellung
  • Durchführen eines Funktionstests nach dem Austausch eines Abstandssensors oder einer Komponente, in der der Abstandssensor installiert ist.

Sie können auch ein komplexes Testszenario anwenden, in dem Sie die Funktionalität des Abstandssensors und des verbundenen Steuergeräts in einer simulierten Umgebung testen.

Komponenten des Mobile Ultrasonic Sensor Test Systems

Das mobile Testsystem besteht aus einem dSPACE SCALEXIO-Echtzeitsystem, einschließlich Hochleistungs-FPGA und Echtzeitprozessor. Die von den realen Parksensoren ausgesandten Ultraschallsignale werden von I/O-Modulen verarbeitet, die mit dem FPGA und den entsprechenden AD-Kanälen verbunden sind. Dasselbe gilt für die Erzeugung des Ultraschall-Echosignals, das über DAC-Kanäle erzeugt wird, die mit dem FPGA verbunden sind.

Das Triggersignal zur Berechnung des Echosignals auf dSPACE Seite wird aus dem im Fahrzeug eingebauten Sensor und dem ausgesendeten Ultraschallsignal abgeleitet. Eine Synchronisation der Betriebsart des Sensors ist nicht erforderlich, unabhängig davon, ob sich der Sensor im Sende- oder Empfangsmodus befindet. Stattdessen wird die Kommunikation zwischen dem Parksteuergerät und dem Sensor dekodiert.

Der dSPACE Sensor und der Signalgenerator sind über die Luft mit den realen Parksensoren verbunden. Der dSPACE Sensor wird mit einer dSPACE Montagehalterung vor dem Fahrzeug platziert. Eine mechanische Befestigung am Fahrzeug ist nicht erforderlich.

Je nach Kundenwunsch können bis zu 12 Parksensoren gleichzeitig stimuliert werden. Die dSPACE Halterung ist so flexibel ausgelegt, dass sie die verschiedenen Sensoreinbaupositionen für eine Vielzahl von Fahrzeugdesigns abdeckt.

Überblick über die Komponenten

dSPACE bietet Halterungen für einzelne Sensoren oder Halterungen zur Aufnahme mehrerer dSPACE Sensoren.

Anwendung von Ultraschallsensoren in Fahrzeugen

Abstandsmesssysteme werden heute zur visuellen oder akustischen Unterstützung des Fahrers während des Einparkvorgangs eingesetzt. Moderne Systeme gehen weit über den visuellen und akustischen Aspekt hinaus und bieten dem Fahrer zusätzliche und aktive Unterstützung, um Sicherheit und Komfort zu erhöhen. Die umfassende und zuverlässige Überwachung des Fahrzeug-Nahbereichs durch Ultraschallsensorik unterstützt unter anderem folgende Assistenzsysteme:

  • Parking Assistance System (PAS)
  • Parking Steering Control (PSC)
  • Parking Space Localization (PSL)
  • Park Emergency Brake (PEB)
  • Pull-out Control (POC)
  • Auto Park Assistant (APA)
  • Remote Park Assistant (RPA)

Messprinzip

Der im Fahrzeug eingebaute Ultraschallsensor arbeitet in der Regel nach dem Prinzip der Laufzeitmessung: Es misst die Zeit, die ein Ultraschall-Sendesignal benötigt, um vom Abstandssensor zu einem zu erfassenden Objekt zu gelangen und als von diesem Objekt reflektiertes Signal zum Abstandssensor zurückzukehren. Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle im freien Raum bekannt ist, kann der Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem zu detektierenden Objekt, der im Strahlungsbereich des Ultraschall-Abstandssensors liegen muss, direkt bestimmt werden.

Anwendung

In the vehicle, the simulated object distance, which is at the front right in the following example, is shown in the multifunctional display. In this case, the set object distance in ControlDesk is 37 cm.

Je nach Bedarf können Sie die Stimulation der Parksensoren interaktiv und exakt mit einem Objektabstand in der dSPACE Experimentiersoftware ControlDesk festlegen oder dynamisch in der Umgebungssimulation mit dSPACE ASM Traffic berechnen.

Das Mobile Ultrasonic Sensor Test System analysiert automatisch das vom fahrzeuginternen Ultraschallsensor erzeugte Signal unter anderem hinsichtlich Ultraschallfrequenz und Signalamplitude. Je nach zu simulierender Objektentfernung wird das Signal im Hinblick auf diese Eigenschaften genau reproduziert und verzögert als Echosignal zur Anregung des im Fahrzeug eingebauten Sensors erzeugt.

Das Testsystem unterstützt die Berechnung von direkten und indirekten Echosignalen. Die einzige Voraussetzung für die Erzeugung indirekter Echosignale ist, dass eine dSPACE Sensorhalterung mit einem dSPACE Sensor vor den zu testenden Sensoren platziert wird. Mehrfachechos werden ebenfalls unterstützt.

Anwendungsbeispiel: Frontloading ISO 17386 MALSO Tests

ISO 17386:2010 beschreibt Leistungsanforderungen und Testverfahren im Kontext von MALSO-Systemen (MALSO: Maneuvering Aids for Low Speed Operation).

Der Standard legt die Mindestanforderungen an die Funktionalität fest, die der Fahrer im Allgemeinen von der Objekterkennung erwarten kann, das heißt Erkennung von und Information über das Vorhandensein relevanter Hindernisse innerhalb eines definierten (kurzen) Erfassungsbereichs. Er definiert Mindestanforderungen für Fehlerberichte und Leistungstestverfahren. Zudem enthält er Regeln für die allgemeine Informationsstrategie, schränkt aber nicht die Art des Informations- oder Anzeigesystems ein.

Gängige ISO-konforme Methoden spezifizieren ein Prüfverfahren, bei dem ein Stab mit einem Durchmesser von 7,5 cm in einem festen Raster innerhalb des spezifizierten Erfassungsbereichs der Ultraschallsensoren bewegt wird. Anders ausgedrückt: Bei den ISO-MALSO-Tests muss ein Testobjekt vor und hinter dem Fahrzeug bewegt werden.

Mit dem dSPACE Mobile Ultrasonic Sensor Test System können Sie diesen Test an einem realen Fahrzeug simulieren. Der simulierte ISO-Stab wird in der Umgebungssimulation nach ISO-Spezifikationen bewegt und die berechneten Abstände des Objekts zum Fahrzeug werden als simuliertes Echosignal zur Stimulierung der im Fahrzeug installierten realen Sensoren verwendet. Die Messung der realen Echosignale muss dem Fahrer akustisch und je nach Ausstattung auch visuell als plausible Rückmeldung über den Fahrzeugabstand zum Objekt zur Verfügung gestellt werden.

Zusammenfassung der wesentlichen Vorteile des Mobile Ultrasonic Sensor Test Systems

  • Mobilität: Das Testsystem ist leicht zu transportieren und für den Einsatz direkt am Fahrzeug konzipiert.
  • Keine Änderungen: Es sind keine Fahrzeugmodifikationen erforderlich.
  • Reproduzierbarkeit der Tests: Tests der Ultraschallsensorik sind leicht reproduzierbar und dokumentiert.
  • Handhabbarkeit: Um die Ultraschallsensorik zu testen, muss der Anwender über detaillierte Kenntnisse des im Fahrzeug installierten Messsystems verfügen (Black-Box-Test).

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